三相異步電機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算

1、三相異步電機(jī)的起動(dòng)及起動(dòng)設(shè)備的計(jì)算三相異步電機(jī)的起動(dòng) 當(dāng)異步電動(dòng)機(jī)直接投入電網(wǎng)起動(dòng)時(shí)，在t=0時(shí)刻，n=0，s=1。異步電動(dòng)機(jī)對(duì)電網(wǎng)呈現(xiàn)短路阻抗Zk，流過(guò)它的穩(wěn)態(tài)電流稱為起動(dòng)電流。利用簡(jiǎn)化等效電路，并忽略勵(lì)磁支路，則異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電流(相電流)為 這就是說(shuō)，一般籠型異步電動(dòng)機(jī)直接起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流很大(k1=4-7)而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大(kst=0.9-1.3 )。起動(dòng)電流很大，但起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大. 由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等于0，模擬電阻 轉(zhuǎn)子回路的功率因數(shù) 雖然起動(dòng)電流很大，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩并不大。起動(dòng)電流大還會(huì)造成如下影響： 一方面使電源電壓在起動(dòng)時(shí)下降，特別是電源容量較小時(shí)電壓下降更大； 一方面大的起動(dòng)電流會(huì)

2、在線路和電機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生損耗而引起發(fā)熱。 起動(dòng)轉(zhuǎn)矩必須大于負(fù)載轉(zhuǎn)矩才可能起動(dòng)，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩越大，加速越快，起動(dòng)時(shí)間越短。 異步電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)對(duì)異步電動(dòng)機(jī)的要求與負(fù)載對(duì)它的要求往往是矛盾的。電網(wǎng)從減少它所承受的沖擊電流出發(fā)，要求異步電動(dòng)機(jī)起動(dòng)電流盡可能小，但太小的起動(dòng)電流所產(chǎn)生的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩又不足以起動(dòng)負(fù)載；而負(fù)載要求起動(dòng)轉(zhuǎn)矩盡可能大，以縮短起動(dòng)時(shí)間，但大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩伴隨著大的起動(dòng)電流又可能不為電網(wǎng)所接受。 下面討論適合于不同電機(jī)容量、負(fù)載性質(zhì)而采用的起動(dòng)方法。 一、直接起動(dòng) 直接起動(dòng)適用于小容量電動(dòng)機(jī)帶輕載的情況，起動(dòng)時(shí)，將定子繞組直接接到額定電壓的電網(wǎng)上。在此工況下電磁轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流很容易同時(shí)得到滿

3、足。什么工況才算“小容量輕載”?這不僅與電動(dòng)機(jī)本身容量、負(fù)載有關(guān)，還與電網(wǎng)容量、供電線路長(zhǎng)短有關(guān)。一般規(guī)定供電母線電壓降占額定電壓的百分?jǐn)?shù)。 對(duì)于經(jīng)常起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，起動(dòng)時(shí)引起的母線電壓降不大于10%，對(duì)于偶爾起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)，此壓降不大于15%。確定這一壓降的依據(jù)如下。 (1) 假設(shè)電網(wǎng)電壓降至額定電壓的0.85，待起動(dòng)的電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 因此這些電動(dòng)機(jī)仍然能拖動(dòng)額定負(fù)載，不致于停轉(zhuǎn)。對(duì)于額定電壓為380V的電機(jī)而言，當(dāng) 時(shí) ，可以直接起動(dòng)。 二、降壓起動(dòng) 降壓起動(dòng)適用于容量大于或等于20kW并帶輕載的工況。由于輕載，故電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)電磁轉(zhuǎn)矩很容易滿足負(fù)載要求。主要問(wèn)題是起動(dòng)電流大，電網(wǎng)難以承受過(guò)大

4、的沖擊電流，因此必須降低起動(dòng)電流。 在電機(jī)起動(dòng)時(shí)，可以用短路阻抗Rk + jXK來(lái)等效異步電動(dòng)機(jī)。電機(jī)的起動(dòng)電流(即流過(guò)Rk + jXK上的電流)與端電壓成正比，而起動(dòng)轉(zhuǎn)矩與電機(jī)端電壓的平方成正比，這就是說(shuō)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩比起動(dòng)電流降得更快。降壓之后在起動(dòng)電流滿足要求的情況下，還要校核起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。 常用的降壓起動(dòng)方法有三種：定子串電抗(或電阻)降壓起動(dòng)；Y起動(dòng)器起動(dòng)；自耦變壓器起動(dòng)。 1. 定子串電抗降壓起動(dòng) 在定子繞組中串聯(lián)電抗或電阻都能降低起動(dòng)電流，但串電阻起動(dòng)能耗較大，只用于小容量電機(jī)中。一般都采用定子串電抗降壓起動(dòng)。是定子串電抗X 降壓起動(dòng)的等效電路，圖(b)是該電機(jī)直接全壓起動(dòng)的等

5、效電路。 令圖 (a)、(b)中電機(jī)端電壓之比為 于是在此兩種情況下，電網(wǎng)提供的線電流之比 ，即相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)相電流之比等于電機(jī)端電壓之比，即 降壓起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 與全壓直接起動(dòng)時(shí)起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 之比為 上三式說(shuō)明，在采用電抗降壓起動(dòng)時(shí)，若電機(jī)端電壓降為電網(wǎng)電壓的1/a，則起動(dòng)電流降為直接起動(dòng)的1/a，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩降為直接起動(dòng)的(1/a)2，比起動(dòng)電流降得更厲害。因此在選擇a值使起動(dòng)電流滿足要求時(shí)，還必須校核起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是否滿足要求。 在已知a值情況下，可按下述方法求得 。阻抗遠(yuǎn)大于電阻是，有下式成立，即 串入的電抗為 2. 用Y-起動(dòng)器起動(dòng)只有正常運(yùn)行時(shí)定子繞組三角形接法且三相繞組首尾六個(gè)端子全部引出來(lái)的電

6、動(dòng)機(jī)才能采用Y-起動(dòng)器起動(dòng)。該起動(dòng)器線路圖如圖所示。異步電動(dòng)機(jī)Y起動(dòng)接線圖 在開(kāi)始起動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)K2投向“起動(dòng)”位置，定子繞組接成Y形，然后合上開(kāi)關(guān)K1，電動(dòng)機(jī)在低壓下起動(dòng)，轉(zhuǎn)速上升。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速時(shí)，將開(kāi)關(guān)K2投向“運(yùn)行”位置，電機(jī)繞組接成形，在全壓下運(yùn)行。由于切換時(shí)轉(zhuǎn)速已接近正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速，沖擊電流就不大了。 圖(a)是采用Y-起動(dòng)器在接成Y接時(shí)的等效電路； 圖(b) 是電動(dòng)機(jī)接全壓直接起動(dòng)時(shí)的等效電路。 Y-換接起動(dòng)等效電路 (a) 定子Y接起動(dòng) (b) 定子接直接起動(dòng) 電網(wǎng)提供的線電流反映了電網(wǎng)受到?jīng)_擊的大小，用Y起動(dòng)器起動(dòng)時(shí)，電網(wǎng)提供的線電流與電機(jī)相電流相等；而采用接直接起動(dòng)時(shí)，

7、電網(wǎng)提供的線電流等于電機(jī)相電流的3倍。 由上面三式可以看出，采用Y起動(dòng)器起動(dòng)時(shí)，起動(dòng)電流降為直接起動(dòng)的1/3，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩亦降為直接起動(dòng)時(shí)的1/3。與串電抗相比，這種起動(dòng)方法性能好些。 Y起動(dòng)器價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單，所以小型異步電動(dòng)機(jī)常采用這種起動(dòng)方法。為了便 于采用Y起動(dòng)，國(guó)產(chǎn)Y系列4kW以上電動(dòng)機(jī)定子繞組都采用三角形接法。 3. 用自耦變壓器起動(dòng) 用自耦變壓器降壓起動(dòng)原理圖 圖中AT代表三相Y接的自耦變壓器，又稱為起動(dòng)補(bǔ)償器。起動(dòng)時(shí)先將開(kāi)關(guān)K投向“起動(dòng)”位置，則AT三相繞組接入電源，其二次側(cè)抽頭接電動(dòng)機(jī)，使電動(dòng)機(jī)降壓起動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速接近正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速時(shí)，將開(kāi)關(guān)K投向“運(yùn)行”位置，則電機(jī)接入全電壓(此時(shí)

8、自耦變壓器AT已脫離電源)，繼續(xù)起動(dòng)，但此時(shí)電流沖擊已經(jīng)較小。再過(guò)一小段時(shí)間，電機(jī)進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。 采用自耦變壓器降壓起動(dòng)時(shí)，等效電路如圖 (a)，而異步電動(dòng)機(jī)在全壓下直接起動(dòng)時(shí)等效電路如圖 (b)。兩圖虛框中短路阻抗Rk+jXk代表起動(dòng)時(shí)的異步電動(dòng)機(jī)。異步電機(jī)的起動(dòng)等效電路 (a) 自耦變壓器降壓起動(dòng) (b) 直接起動(dòng) 對(duì)比圖 (a)、(b)兩圖得到如下關(guān)系: 在自耦變壓器中，忽略勵(lì)磁電流時(shí)，一二次側(cè)容量相等 故由上述分析可知，采用自耦變壓器起動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)電流為全壓直接起動(dòng)的 。國(guó)產(chǎn)的自耦補(bǔ)償器一般有三個(gè)抽頭可供選擇，分接電壓分別是額定電壓的55%、64%、75% ，其a值分別為1.82、1.56